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INTRODUCTION

L’un des outils essentiels de la science de la terre est la reconstitution par datation de la durée des événements qui se sont déroulés au cours des temps géologiques Ainsi grâce aux méthodes de datation en géologie tel que la datation absolueles géologues sont ainsi capables de reconstituer la chronologie du passé de la Terre d'après les événements géologiques qui se sont succédé. Cependant l’utilisation des principes de la datation absolue pour connaitre les âges absolus présentent  des incertitudes qui peuvent parfois s’exprimer en plusieurs milliers d’années.

 COMPREHENSION DU THEME

I –₁-Explication de quelques mots clés

·        Age : C’est une période de la vie ; temps écoulé depuis la naissance. C’est également une période de l’histoire.

·        Absolu : C’est ce qui est complet, total.

·        Incertitude : Ce qui ne peut être établi avec exactitude          

I-₂- Explication   du   thème

Il existe deux méthodes de datation en géologie qui sont : la datation relative et la datation absolue. Ici seule la datation absolue est le sujet de notre exposé.

  Ainsi, les méthodes de datation en géologie permettent de déterminer l’âge des fossiles, des roches, des minéraux depuis leurs formations. Ainsi l’utilisation des méthodes telque la datation absolu présentent une incertitude qui peut parfois s’exprimer en million d’années. La datation absolue complète le découpage des temps géologiques établis avec les principes de la datation relative. Le résultat obtenu est une échelle stratigraphique qui permet de connaître la durée d’une ère ou d’un système et où les limites sont datées en millions d’années : c’est l’âge absolu aux incertitudes-près. 

II-LA DATATION  ABSOLU

                  La datation absolue permet de déterminer l’âge des roches et des fossiles, elle permet de mesurer la durée des phénomènes géologiques, elle a permis de situer dans le temps, l’échelle stratigraphique. La méthode de datation absolue, la plus utilisée en géologie est la radio chronologie, cette méthode est fondée sur l’étude des éléments radioactifs, des roches, des minéraux de ces roches, et des fossiles, ces éléments radioactifs ont été incorporés au moment de la formation de la roche.

II-1- LA RADIOCHRONOLOGIE

                         Les techniques radiométriques découlent de la découverte de laradioactivité en 1896, mais n'ont été réellement mises en œuvre qu'après la Seconde Guerre mondiale. On a mis en évidence que les éléments radioactifs instables avaient des taux réguliers de désintégration et pouvaient ainsi constituer des « horloges » virtuelles des roches de la Terre qui les contiennent.

1-Théorie de base

                      Les éléments radioactifs comme l'uranium (U) et lethorium (Th) se désintègrent naturellement pour former d'autres éléments ou desisotopes.

Cette désintégration est accompagnée d'émission de particules (alpha ou bêta) et / ou de rayonnements (rayons X ou gamma). Certains isotopes se désintègrent en une seule étape en produits stables, nommés isotopes filles (par exemple, le carbone-14 que l'on écrit aujourd'hui ¹⁴C), alors que d'autres subissent de nombreuses étapes avant qu'un isotope stable soit formé. Les suites de désintégrations radioactives comprennent, par exemple, les familles de l'uranium-235, de l'uranium-238 et du thorium-232. Lorsqu'un isotope fille est stable, il s'en forme jusqu'à ce que l'isotope parent se soit totalement désintégré. Cependant, si un isotope fille est radioactif, l'équilibre est atteint lorsque la vitesse de formation de l'isotope fille est égale à la vitesse de désintégration de l'isotope parent.

La désintégration radioactive peut prendre différentes formes : désintégration alpha, bêta, par capture d'électron. Ces différents modes de désintégration s'accompagnent parfois de l'émission d'ondes électromagnétiques (X ou gamma) de grandeénergie (voirradioactivité).

Les scientifiques caractérisent la radioactivité d'un élément par son temps de demi-vie, ou période radioactive. C'est le temps au terme duquel la moitié des nucléides de l'élément se sont désintégrés. Par exemple, la période radioactive du carbone-14 est de 5 730 années ; celle de l'uranium-238 est de 4,5 milliards d'années.

Les techniques de datation radiométrique se fondent sur la désintégration d'isotopes avec des taux constants. Lorsqu'un élément radioactif s'est incorporé dans un minéral en formation, l'élément commence à se désintégrer à un taux constant, avec un pourcentage défini de « produits filles » pour chaque intervalle de temps. Ces « horloges rocheuses » sont les montres des géologues.

                     La désintégration radioactive d'isotopes depotassium enargon est très utilisée pour dater les roches. Les géologues sont capables de dater de nombreux types de roches de cette façon, car le potassium-40 est abondant dans lesmicas, lesfeldspaths et leshornblendes. L'évaporation de l'argon peut poser un problème si la roche a été exposée à des températures supérieures à 125 °C. En effet, l'âge mesuré reflète le dernier épisode d'exposition à la chaleur plutôt que l'âge originel de formation de la roche. La datation par le potassium-argon couvre des périodes allant de 100 000 à plusieurs millions d'années. La collecte d'échantillons demande une étude précise du contexte géologique. En archéologie, elle ne permet pas de dater directement les objets, mais les couches dans lesquelles ils ont été trouvés.

3- Rubidium-strontium

Utilisée pour dater lesroches magmatiques et lesroches métamorphiques ainsi que les échantillons lunaires, cette méthode est fondée sur la désintégration bêta du rubidium 87 en strontium 87.

4- Thorium-230

                La méthode des proportions dethorium permet de dater les sédiments océaniques plus anciens que ceux accessibles par les méthodes de datation au carbone-14, et plus récents que ceux relevant d'une datation par thermoluminescence. L'uranium présent dans l'eau de mer donne lieu à une suite de désintégrations qui aboutit au thorium-230 (également nommé ionium), dérivé de l'uranium-238, qui a une demi-vie de 80 000 ans, et au protactinium 231, dérivé de l'uranium-235, qui a une demi-vie de 34 300 ans. Tous deux radioactifs, ils sont précipités dans les sédiments marins dans les mêmes proportions mais à des taux différents. Leur proportion respective change régulièrement avec le temps, montrant des différences d'autant plus importantes que les sédiments sont anciens. Une échelle de temps peut être mise au point de cette manière.

Dans la méthode utilisant le déficit en thorium-230, l'âge des coquillages ou des coraux fossilisés datant de 10 000 à 250 000 ans est fondé sur le fait que l'uranium-238 et l'uranium-224, entrés dans la composition du carbonate lors de sa formation ou de son enfouissement, ne sont pas encore à l'équilibre avec le thorium. Des relations de déséquilibre identiques peuvent être utilisées pour dater les carbonates dans les sols. Cette méthode est un complément à celle du carbone-14.

5- Plomb

                La datation plomb-alpha, ou de Larsen, est estimée par spectrographie en déterminant le contenu total deplomb et l'activité alpha (teneur en uranium-thorium) de la zircone, de la monazite ou de la xénolite. Elle est appliquée aux roches formées après le précambrien. Dans la méthode uranium-plomb, l'âge d'un matériau géologique est calculé d'après les taux de désintégration radioactive connus de l'uranium-238 en plomb-206 et de l'uranium-235 en plomb-207. Couplés aux taux de désintégration du thorium-232 en plomb-208, trois âges indépendants peuvent être obtenus pour le même échantillon. Cette méthode s'applique principalement aux matériaux d'âge précambrien.

6 - Traces de fission

La méthode de datation par traces de fission concerne les dommages radioactifs causés par des particules nucléaires dans un minéral (ou verre) par la fission spontanée des impuretés d'uranium-238. La datation est calculée en comparant la densité de traces de fission spontanée avec des traces de fission induite volontairement. Cette méthode s'applique bien auxmicas, auxtectites et auxmétéorites. Elle a été employée pour permettre de dater des périodes allant de 40 000 années à 1 million d'années, intervalle qui n'est pas couvert par le carbone-14 ou les méthodes potassium-argon. Cependant, les roches soumises à des températures élevées ou exposées au bombardement des rayons cosmiques à la surface de la Terre peuvent donner des âges erronés

II-2- LA DATATION AU CARBONE 14

            La datation par le carbone 14, dite également datation par le radiocarbone ou datation par comptage du carbone 14 résiduel, est une méthode dedatation radiométrique basée sur la mesure de l'activité radiologique ducarbone 14 (¹⁴C) contenu dans de lamatière organique dont on souhaite connaître l'âge absolu, à savoir le temps écoulé depuis samort.

Le domaine d'utilisation de cette méthode correspond à des âges absolus de quelques centaines d'années jusqu'à, et au plus, 50 000 ans^[1]. L'application de cette méthode à des événements anciens, tout particulièrement lorsque leur âge dépasse 6 000 ans (préhistoriques), a permis de les dater beaucoup plus précisément qu'auparavant. Elle a ainsi apporté un progrès significatif enarchéologie et enpaléoanthropologie.

        Le carbone 14 ou radiocarbone est unisotope radioactif ducarbone dont lapériode radioactive (ou demi-vie) est égale à 5734 ± 40 ans selon des calculs relevant de laphysique des particules datant de 1961. Cependant, pour les datations on continue par convention d'employer la valeur évaluée en 1951, de 5568 ± 30 ans^[2].

Un organisme vivant assimile le carbone avec unfractionnement isotopique connu, de l'ordre de quelques pourcents pour laphotosynthèse. Durant sa vie, la proportion de carbone 14 (¹⁴C) présent dans l'organisme par rapport au carbone total (¹²C, ¹³C et ¹⁴C) est donc aisément rapportable à celle existant dans l'atmosphère du moment.

La datation par le carbone 14 se fonde ainsi sur la présence dans tout organisme de radiocarbone en infime proportion (de l'ordre de 10^-12 pour le rapport ¹⁴C/C total).À la mort d'un organisme, le carbone-14 commence à se désintégrer à une vitesse connue, et il n'est plus remplacé par le carbone atmosphérique. La désintégration rapide de carbone-14 limite généralement la période de datation approximativement à 30 000 ans. L'incertitude sur la mesure augmente avec l'âge de l'échantillon.

Un échantillon de matière organique issu de cet organisme peut donc être daté en mesurant soit le rapport ¹⁴C/C total avec unspectromètre de masse, soit son activité X années après la mort de l'organisme.

La précision de la datation dépend de la mesure de la période radioactive, des variations des taux de carbone-14 atmosphérique et de la pollution. On a montré que la quantité de carbone-14 produite en haute atmosphère subit des variations au cours du temps, liées aux variations du champ magnétique terrestre.

1-Hydratation de l’ obsidienne

Cette méthode est employée pour calculer les âges en années, d’objets fabriqués enobsidienne ou de verre volcanique récents, en déterminant l’épaisseur des couches (hydratées) produites par la vapeur d’eau qui a diffusé dans le verre lorsque sa surface a été exposée pour la première fois à l’air (fracture du verre volcanique, ou sculpture pour les objets). Cette méthode est applicable à ces types de verres vieux de 200 à 200 000 ans.

2-Thermoluminescence

                     Cette méthode utilise le phénomène des radiations ionisantes naturelles. Celles-ci peuvent créer des électrons libres dans les minéraux qui sont piégés dans des défauts de leur structure cristalline (voircristal). Ces électrons piégés s'échappent par thermoluminescence lorsqu'ils sont chauffés à unetempérature inférieure à celle de l'incandescence. En enregistrant la thermoluminescence d'un minéral qui a été exposé à un niveau de radiation constant, le dernier drainage des électrons piégés peut être ainsi daté sur plusieurs centaines de milliers d'années. Pour dater de la poterie, par exemple, le spécimen est chauffé : il restitue alors par thermoluminescence l'énergie qu'il a stocké dans ses défauts cristallins depuis le moment où il a été cuit. La thermoluminescence peut prendre le relais du ¹⁴C pour la datation des objets archéologiques postérieurs à 100 000 ans bien qu'elle ne soit pas utilisée pour les mêmes matières. Sa fiabilité dépend des conditions de la prise de l'échantillon dans le contexte archéologique.

La datation par le carbone 14 est une méthode très utilisée par les archéologues, mais son utilisation présente quelques limites :

• l'élément que l'on veut dater doit avoir incorporé du carbone dans des proportions équivalentes à celles de l'atmosphère ; elle ne s'applique donc qu'aux matériaux organiques et pas du tout aux produits minéraux ;
• la méthode s'appuie sur le principe d'actualismeet suppose que le rapport ¹⁴C/C est resté constant depuis la mort de l'élément à dater jusqu'à aujourd'hui ; ce n'est pas tout à fait le cas et des corrections sont donc nécessaires (cf.ci-dessus) ;
• la fermeture du système de l'élément à dater est aussi indispensable ; s'il incorpore de nouveaux atomes de carbone après sa mort, le rapport ¹⁴C/C est bouleversé et le résultat ne sera pas fiable ;
• la quantité de carbone radioactif diminue de moitié tous les 5 730 ans, valeur conventionnelle de lapériodede cet élément ; donc seuls des éléments datant de moins de 50 000 ans au maximum (soit environ huit périodes) et les résultats sont relativement approximatifs au-delà de 35 000 ans ; pour des âges plus anciens, d'autres méthodes sont mises en œuvre comme ladatation au potassium-argonou ladatation par le couple rubidium-strontiumqui permettent de dater des roches ou lathermoluminescence, qui permet de dater des roches ou des sédiments qui ont été brûlés.